一种真空及正压一体式四缸压缩机

技术领域

本发明涉及微小型分子筛制氧技术领域，特别涉及一种真空及正压一体式四缸压缩机。

背景技术

无油空压机是目前微小型分子筛制氧领域常用的核心部件，其作用是提供连续不断的正压气源，在制氧过程中让压缩空气作用于分子筛，分子筛选择性吸附氮，从而达到氮氧分离的效果制取氧气。关于采用变压吸附法制氧的工作原理具体如下：目前常用的有两(吸附)塔以及多(吸附)塔制氧，目的是在一塔分子筛吸附氮饱和时，压缩空气转向另一(吸附)塔进行氮氧分离，吸附饱和的吸附塔在内部压力的作用下排出氮气，使分子筛脱附，恢复原有的吸附功能，进行下一次吸附，依次交替轮回不断的制取氧气；现有传统的无油压缩机为2个缸体，一方面保持平衡运转，另一方面增加压缩气体流量，压缩机一端为空气吸入口，另一端则为压缩空气出口；但也存在着缺陷，传统的双缸压缩机只能提供压缩空气，分子筛长期加压吸附、常压脱附氮气过程中，无法将每次吸附的氮气脱附彻底，导致氧浓度下降，需要更多的压缩空气以及更高的吸附压力去弥补，压缩机功率大，温升高，能耗高；因此，本发明研制了一种真空及正压一体式四缸压缩机，以解决现有技术中存在的问题，经检索，未发现与本发明相同或相似的技术方案。

发明内容

本发明目的是：提供一种真空及正压一体式四缸压缩机，以解决现有技术中应用于微小型分子筛制氧领域中的压缩机氮气脱附不彻底而导致氧浓度下降的问题。

本发明的技术方案是：一种真空及正压一体式四缸压缩机，包括机壳、安装在机壳内的气缸组件、以及驱动气缸组件同步工作的驱动机构；所述机壳及气缸组件侧壁内部设置有正压气流通道及负压气流通道，外壁上设置有与正压气流通道相连通的正压端空气入口及正压端空气出口、以及与负压气流通道相连通的负压吸入口及负压排出口；所述气缸组件包括结构相同的一对正压缸及一对负压缸，并呈90°依次间隔分布，内部均具有活塞并形成压缩室，一对所述正压缸的压缩室与正压气流通道相连通，一对所述负压缸的压缩室与负压气流通道相连通；所述驱动机构与活塞端部连接并驱动活塞往复运动。

优选的，所述正压缸及负压缸均分别包括固定在机壳外壁处的缸套、固定在缸套外侧端的缸盖、能够实现往复运动的活塞、以及设置在活塞与缸盖之间的阀板；所述驱动机构包括电机、电机轴、以及安装在电机轴上的偏心轮；四个所述活塞均旋转的插套配合在偏心轮上。

优选的，所述活塞呈一体结构设置，包括嵌合在缸套内侧的活塞头部、以及延伸至机壳内侧端的连杆部，所述活塞头部安装有皮碗及皮碗压板，与阀板之间形成压缩室，所述连杆部与偏心轮旋转插套配合；所述阀板与缸盖之间形成供空气压缩前后分别流经的第一腔室及第二腔室。

优选的，所述阀板与第一腔室及第二腔室相对的端面上均设置有通气孔，与第一腔室相对的通气孔偏向活塞的一侧端面、及与第二腔室相对的通气孔偏向缸盖的一侧端面处均设置有用于实现空气单向流动的阀片，并通过螺钉锁紧固定在阀板端面上。

优选的，所述阀片外侧端还设置有用于防止阀片受压变形的加强板及阀门垫片，并通过螺钉依次贯穿锁紧固定。

优选的，所述机壳包括由下至上依次设置的底座、安装壳、上顶盖及密封盖；所述安装壳包括下腔室及用于安装气缸组件的上腔室；所述正压端空气入口及正压端空气出口相对的设置在上顶盖侧壁上，所述负压吸入口及负压排出口相对的设置在安装壳侧壁下端部，并于下腔室相连通；所述正压气流通道设置在上顶盖及安装壳内，所述负压气流通道设置在安装壳内，并分别贯穿对应的缸套及阀板，通过第一腔室、压缩室及第二腔室实现连通。

优选的，所述正压端空气入口及正压端空气出口设置在一对负压缸所在的机壳的同侧，所述负压吸入口及负压排出口设置在一对正压缸所在的机壳同侧。

优选的，所述正压气流通道包括正压吸入汇流流道、正压吸入流道、正压排出流道以及正压排出汇流流道；所述正压吸入汇流流道设置在上顶盖上端与密封盖之间，并与正压端空气入口相连通；所述正压吸入流道沿一对负压缸设置方向所在竖直平面对称设置两个，由上顶盖下端面依次贯穿安装壳、呈90°换向并贯穿缸套及阀板，实现与第一腔室的连通；所述第一腔室与第二腔室之间通过安装有阀片的通气孔实现连通；所述正压排出流道与正压吸入流道沿一对正压缸设置方向所在竖直平面对称设置，由第二腔室依次贯穿阀板、缸套、呈90°换向贯穿安装壳及顶盖下端面；所述正压排出汇流流道设置在上顶盖上端与密封盖之间，并与正压端空气出口相连通。

优选的，所述负压气流通道包括负压吸入汇流流道、负压吸入流道、负压排出流道以及负压排出汇流流道；所述负压吸入汇流流道与负压排出汇流流道分隔设置，并共同形成下腔室，所述负压吸入汇流流道与负压吸入口相连通，所述负压排出汇流流道与负压排出口相连通；所述负压吸入流道由负压吸入汇流流道依次贯穿安装壳、缸套及阀板，实现与第一腔室的连通；所述第一腔室与第二腔室之间通过安装有阀片的通气孔实现连通；所述负压排出流道由第二腔室依次贯穿阀板、缸套及安装壳实现与负压排出汇流流道的连通。

优选的，所述缸盖外侧端面上设置有用于增强结构以及便于气缸组件散热的筋条。

与现有技术相比，本发明的优点是：

本发明主要应用于微小型制氧领域的变压吸附制氧中，与传统的双缸压缩机相比，不仅可以提供正压(压缩空气)，同时还可输出负压(真空)，实现制氧机内部的分子筛加压吸附，并通过真空将吸附在分子筛上的氮彻底脱附，提升了分子筛的吸附能效，无需更多的压缩空气以及更高的吸附压力去弥补，压缩机功率小，能耗低；同时由于采用一体式的四缸结构，整体结构设计紧凑，空间占用率小，且对称的平衡式结构能够降低工作过程中的震动。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明所述的一种真空及正压一体式四缸压缩机的结构示意图；

图2为本发明所述的一种真空及正压一体式四缸压缩机的爆炸图；

图3为本发明所述的一种真空及正压一体式四缸压缩机沿一对负压缸设置方向切割的剖面图；

图4为本发明所述的一种真空及正压一体式四缸压缩机沿一对正压缸设置方向切割的剖面图；

图5为本发明所述的一种真空及正压一体式四缸压缩机沿垂直于电机轴中轴线方向的剖面图；

图6为本发明所述气缸组件的设置局部放大剖视图；

图7为本发明所述气缸组件的爆炸图；

图8为本发明所述阀板及缸盖的设置结构爆炸图以及内部空气经过通气孔的流通线路图；

图9为本发明所述驱动机构与活塞的连接结构示意图；

图10为本发明所述安装壳的结构示意图；

图11为本发明所述安装壳内部的局部正压吸入流道、负压吸入汇流流道及局部负压吸入流道的设置结构示意图；

图12为本发明所述正压气流通道在平面内的流通结构示意图(其中安装壳内圆孔中的“×”表示向下方流入，“·”表示向上方流出)；

图13为本发明所述正压气流通道沿一侧正压缸的流通线路图；

图14为本发明所述上顶盖内部的空气流通线路图；

图15为本发明所述负压气流通道沿一侧负压缸的流通线路图。

其中：1、机壳；

11、底座，12、安装壳，13、上顶盖，14、密封盖，15、正压端空气入口，16、正压端空气出口，17、负压吸入口，18、负压排出口；

121、下腔室，122、上腔室；

2、气缸组件；

201、正压缸，202、负压缸；

21、缸套，22、缸盖，23、活塞，24、阀板，25、压缩室，26、第一腔室，27、第二腔室，28、皮碗，29、皮碗压板；

231、活塞头部，232、连杆部；

241、通气孔，242、阀片，243、加强板，244、阀门垫片；

3、驱动机构；

31、电机，32、电机轴，33、偏心轮；

4、正压气流通道；

41、正压吸入汇流流道，42、正压吸入流道，43、正压排出流道，44、正压排出汇流流道；

5、负压气流通道；

51、负压吸入汇流流道，52、负压吸入流道，53、负压排出流道，54、负压排出汇流流道。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明：

如图1-4所示，一种真空及正压一体式四缸压缩机，主要应用于制氧机中，通过对空气进行压缩，并不断输出负压，用于产生高浓度的氧气，其结构包括机壳1、安装在机壳1内的气缸组件2、以及驱动气缸组件2同步工作的驱动机构3；机壳1侧壁内部设置有正压气流通道4及负压气流通道5，外壁上设置有与正压气流通道4相连通的正压端空气入口15及正压端空气出口16、以及与负压气流通道5相连通的负压吸入口17及负压排出口18；气缸组件2包括结构相同的一对正压缸201及一对负压缸202，并呈90°依次间隔分布，内部均具有活塞23并形成压缩室25，一对正压缸201的压缩室25与正压气流通道4相连通，一对负压缸202的压缩室25与负压气流通道5相连通；同时，正压端空气入口15及正压端空气出口16设置在一对负压缸202所在的机壳1的同侧，负压吸入口17及负压排出口18设置在一对正压缸201所在的机壳1同侧；驱动机构3与活塞23端部连接并驱动活塞23往复运动。

关于气缸组件2、驱动机构3、机壳1、正压气流通道4及负压气流通道5，其更具体的结构分别如下：

其一，气缸组件2(一对正压缸201及一对负压缸202)：

结合图5所示，气缸组件2包括一对相对设置的正压缸201及一对相对设置的负压缸202；如图6、图7所示，正压缸201及负压缸202均分别包括固定在机壳1外壁处的缸套21、固定在缸套21外侧端的缸盖22、能够实现往复运动的活塞23、以及设置在活塞23与缸盖22之间的阀板24；缸盖22外侧端面上设置有用于增强结构以及便于气缸组件2散热的筋条；活塞23呈一体结构设置，包括嵌合在缸套21内侧的活塞头部231、以及延伸至机壳1内侧端的连杆部232，活塞头部231安装有皮碗28及皮碗压板29，并与阀板24之间形成压缩室25，连杆部232用于与驱动机构连接；如图8所示，阀板24与缸盖22之间形成供空气压缩前后分别流经的第一腔室26及第二腔室27；阀板24与第一腔室26及第二腔室27相对的端面上均设置有通气孔241，与第一腔室26相对的通气孔241偏向活塞23的一侧端面、及与第二腔室27相对的通气孔241偏向缸盖22的一侧端面处均设置有用于实现空气单向流动的阀片242，阀片242外侧端还设置有用于防止阀片242受压变形的加强板243及阀门垫片244，并通过螺钉依次贯穿锁紧固定；本实施例中，第一腔室26用于实现空气供给至压缩室25，第二腔室27用于实现空气压缩后从压缩室25排出。

其二，驱动机构3(电机、电机轴及偏心轮)：

如图3、图4、图9所示，驱动机构3包括电机31、电机轴32、以及安装在电机轴32上的偏心轮33；电机31固定安装在机壳1下方，电机轴32延伸至机壳1内部，与机壳1装配位置处均安装有轴承；四个活塞23的连杆部232均旋转的插套配合在偏心轮33上；电机31驱动电机轴32及偏心轮33转动，从而带动活塞23在缸套21内往复运动。

其三，机壳1(底座、安装壳、上顶盖及密封盖)：

如图1所示，机壳1包括由下至上依次设置的底座11、安装壳12、上顶盖13及密封盖14；上述电机31安装在底座11下端，气缸组件2安装在安装壳12内；如图10、图11所示，安装壳12包括下腔室121及用于安装气缸组件2的上腔室122；正压端空气入口15及正压端空气出口16相对的设置在上顶盖13侧壁上，负压吸入口17及负压排出口18相对的设置在安装壳12侧壁下端部，并于下腔室121相连通；正压气流通道4设置在上顶盖13及安装壳12内，负压气流通道5设置在安装壳12内，并分别贯穿对应的缸套21及阀板24，通过第一腔室26、压缩室25及第二腔室27实现连通。

其四，正压气流通道4：

如图12、图13所示，正压气流通道4沿流通方向依次包括正压吸入汇流流道41、正压吸入流道42、正压排出流道43以及正压排出汇流流道44；图中仅示意了一侧正压缸201工作时的内部空气流通路径，另一侧正压缸201内部的空气流通路径与之相同。

如图14所示，正压吸入汇流流道41设置在上顶盖13上端与密封盖14之间，并与正压端空气入口15相连通。

正压吸入流道42沿一对负压缸202设置方向所在竖直平面对称设置两个，结合图13所示，其由一段垂直的路径组成，该路径由上顶盖13下端面依次贯穿安装壳12、呈90°换向并贯穿缸套21及阀板24，实现与第一腔室26的连通；其中正压吸入流道42处于安装壳12内部的流通路径参照图11由上端进入的虚线所示。

正压排出流道43与正压吸入流道42沿一对正压缸201设置方向所在竖直平面对称设置，如图13所示，其也由一段垂直的路径组成，该路径由第二腔室27依次贯穿阀板24、缸套21、呈90°换向贯穿安装壳12及顶盖下端面。

如图14所示，正压排出汇流流道44设置在上顶盖13上端与密封盖14之间，并与正压端空气出口16相连通。

而整个流通路径中，结合图8所示，第一腔室26与第二腔室27之间通过安装有阀片242的通气孔241实现连通；第一腔室26内的空气经过阀板24上的通气孔241(靠近活塞23的一端安装有阀片242)进入压缩室25，通过活塞23的运动实现压缩，并经过阀板24上的通气孔241(靠近缸盖22的一端安装有阀片242)流入第二腔室27。

其五，负压气流通道5：

如图15所示，负压气流通道5包括负压吸入汇流流道51、负压吸入流道52、负压排出流道53以及负压排出汇流流道54；图中仅示意了一侧负压缸202工作时的内部空气流通路径，另一侧负压缸202内部的空气流通路径与之相同。

结合图10所示，负压吸入汇流流道51与负压排出汇流流道54分隔设置，并共同形成下腔室121，负压吸入汇流流道51与负压吸入口17相连通，负压排出汇流流道54与负压排出口18相连通。

如图15所示，负压吸入流道52由负压吸入汇流流道51依次贯穿安装壳12、缸套21及阀板24，实现与第一腔室26的连通；其中，负压吸入流道52由负压吸入汇流流道51进入安装壳12内部的流通路径参照图11中由侧边进入的虚线所示。

如图15所示，负压排出流道53与负压吸入流道52对称设置，并由第二腔室27依次贯穿阀板24、缸套21及安装壳12实现与负压排出汇流流道54的连通。

整个流通路径中，结合图8所示，第一腔室26与第二腔室27之间通过安装有阀片242的通气孔241实现连通；第一腔室26内的空气经过阀板24上的通气孔241(靠近活塞23的一端安装有阀片242)进入压缩室25，通过活塞23的运动实现压缩，并经过阀板24上的通气孔241(靠近缸盖22的一端安装有阀片242)流入第二腔室27。

本发明主要应用于微小型制氧领域的变压吸附制氧中，与传统的双缸压缩机相比，不仅可以提供正压(压缩空气)，同时还可输出负压(真空)，实现制氧机内部的分子筛加压吸附，并通过真空将吸附在分子筛上的氮彻底脱附，提升了分子筛的吸附能效，无需更多的压缩空气以及更高的吸附压力去弥补，压缩机功率小，能耗低；同时由于采用一体式的四缸结构，整体结构设计紧凑，空间占用率小，且对称的平衡式结构能够降低工作过程中的震动。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明，因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。